本发明涉及广域无线同步集中式多级多端差动保护系统及实现方法。本发明采用无线通信方式通过主控单元向各传感执行单元发送采样同步指令实现采样同步，各传感执行单元按照负荷均恒原则分段安装于供电线路，各传感执行单元通过无线通信方式将同步采样计算的电气量发送主控单元，主控单元计算差动电气量，差动电气量达到动作值时主控单元向传感执行单元发出差动动作命令，传感执行单元执行动作，主控单元向相应传感执行单元发送差动动作命令，实现供电线路多级多端差动保护，提高差动保护的可靠性。本发明提供的技术方案，可以实现同一供电线路不限级次的多端差动保护，也可以实现同杆架设的不同电源供电线路的广域差动保护。